CN105022349A - 一种带触摸面板的总线式数控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带触摸面板的总线式数控装置，包括：核心控制单元，其包括嵌入式控制系统和总线主站模块，嵌入式控制系统用于接收外设信号并进行调度处理，生成控制数据以输出至外设；总线主站模块用于接收总线链路上的各个从站数据以传送至嵌入式控制系统或将控制数据输出到各个从站；与嵌入式控制系统连接的人机交互单元，其包括显示模块和输入模块构成，输入模块与嵌入式控制系统连接，用于接收用户输入的控制参数并传输至嵌入式控制系统；以及机床控制界面，其中设置有总线从站模块，用于通过总线接收总线主站模块发送的控制数据并进而输入到伺服驱动单元或PLC单元。本发明的装置解决了现有总线数控装置的触摸输入装置长期交互带来的稳定性不足、成本高和不抗机械冲击、以及易用性和可靠性不高的问题。

Description

一种带触摸面板的总线式数控装置

技术领域

本发明属于数控装置技术领域，具体而言，涉及一种带触摸面板的总线式数控装置。

背景技术

数控行业是装备制造业的基础，数控行业的水平决定了国家装备制造的能力。采用总线技术的全数字数控系统已成为全球数控行业和数控技术的发展方向。相比于传统的脉冲式数控系统，总线式数控系统接线方便，控制精度高，目前国外主流数控系统生产厂商均以总线式数控系统为主，国内主流的数控系统厂商也纷纷推出了自己的总线式数控系统。

随着国内数控系统性能和稳定性的逐步提升，客户对数控系统的易用性和美观性提出了更高的要求。以往，配较小显示器的数控装置一般采用简易型输入面板，操作者使用操作面板来完成程序的编辑、参数的输入和界面的切换等操作。在简易型的操作面板中，由于按键数量有限，大多采用复合功能按键，很大程度上影响了操作的效率。输入面板一般采用轻触式开关作为输入按键，操作人员长期操作会导致手指疲劳；按键使用一段时间后，力度手感也会发生变化，经常使用的按键甚至有可能发生故障。机械按键由于开关本身结构所致，造成输入面板外观比较单一，产品造型缺乏变化。这些问题都导致传统的数控系统无法全面满足客户对产品外观、易用性和可靠性方面提出的更高要求。

触摸面板目前在数控系统中已经得到应用，例如专利文献CN103076766A中公开了一种基于数字运动控制器的印罐机数控系统，其包括基于Windows平台的人机通讯触摸屏操作控制模块，其与数字运动控制器通过Ethernet网线连接进行通讯，数字运动控制器同样通过Ethernet总线与运动执行模块即伺服交流电机连接，该触摸屏控制模块可以进行状态显示、参数更改、I/O调试和运行控制等人机交互功能。但是，上述用触摸屏来作为输入控制模块的解决方案，由于其触摸屏的结构、系统以及与控制器的连接，其功能单一，无法实现输入输出控制的需要，特别是总线数控装置对稳定性的要求，目前的触摸单元无法满足其长期交互过程带来的稳定性不足，以及成本高和不抗机械冲击的问题，而且其仅仅适用于专门的数控装置，无法适应一般数控系统的应用环境。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种带触摸面板的总线式数控装置，其通过优化设计的触控面板控制结构方案，解决了现有总线数控装置的触摸输入装置长期交互带来的稳定性不足、成本高和不抗机械冲击、以及易用性和可靠性不高的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供一种带触摸面板的总线式数控装置，包括：

核心控制单元，其包括嵌入式控制系统和总线主站模块，该总线主站模块与嵌入式控制系统通过PCIe接口连接以进行数据交换，其中所述嵌入式控制系统作为控制器用于接收外设信号并进行调度处理，生成控制数据以输出至外设；所述总线主站模块其作为总线主站用于接收总线链路上的各个从站数据以传送至所述嵌入式控制系统或将所述嵌入式控制系统生成的控制数据打包封装后通过外部总线接口输出到各个从站；

人机交互单元，其与所述嵌入式控制系统连接，其包括显示模块和输入模块构成，其中显示模块用于显示经所述嵌入式控制系统生成的控制数据中需显示的信息，所述输入模块为触摸式面板，其与所述嵌入式控制系统连接，用于接收用户输入的控制参数并传输至所述嵌入式控制系统；以及

机床控制界面，其与伺服驱动单元或PLC单元连接，且其中设置有总线从站模块，以作为总线链路上的从站，以用于通过总线接收总线主站模块发送的控制数据并进而输入到伺服驱动单元或PLC单元，以对数控机床进行控制。

作为本发明的改进，所述嵌入式控制系统具有USB外设接口、标准Ethernet网络接口、VGA显示接口、CF卡接口，并提供兼容RS232通讯协议的双串行接口，以使得外设信号可通过不同的接口及通路直接或间接输入到核心控制单元。

作为本发明的改进，所述总线主站模块遵循NCUC总线协议。

作为本发明的改进，所述总线主站模块与嵌入式控制系统通过PCIe接口进行数控交换。

本发明中，所述的核心控制单元采用开放式独立体系结构，由嵌入式控制系统和总线主站模块构成，集成了各种标准外设接口和国内数控行业标准总线主站模块，所有外设信号通过不同的接口及通路直接或间接输入到核心控制单元，由核心控制单元进行统一调度处理。核心控制单元采用低功耗无风扇设计，可靠性高。独立结构设计给系统的更新换代带来很大的方便。

更进一步讲，所述嵌入式控制系统相当于一台独立功能的小型工业计算机，提供标准的USB外设接口、标准Ethernet网络接口、VGA显示接口、CF卡接口，并提供兼容RS232通讯协议的双串行接口。所述总线主站模块，遵循的是国内数控行业现场总线NCUC总线协议，总线主站模块与嵌入式控制系统通过PCIe接口进行数控交换。总线主站模块将得到的控制数据进行打包封装后，通过外部总线接口1输出到NCUC总线链路上的各个从站，同时通过外部总线接口2接收各个从站反馈的状态数据。整个控制系统基于NCUC现场总线协议来实现全数字数控系统与各伺服驱动单元、PLC单元之间的所有数据传输的全数字化，同时提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的稳定性和可靠性。

本发明中，所述的显示模块用于接收从核心控制单元发出的视频信号，其采用高亮度的工业显示屏，具有高亮度、高对比度、大可视角度、长寿命等特点，其采用LED背光，色彩柔和，发热量小，寿命长。本方案中输入模块为触摸式面板，优选利用绝缘覆盖层作为按键的触摸表面，利用蚀刻在PCB表面的覆铜作为传感器垫块，使用控制器中的固件处理原始计算数据并作出逻辑判断。本方案中，控制器将按键信息通过I2C接口传送给单片机，单片机将其转换成标准的USB键盘信号。该触摸式面板将按键输入信号发送给核心控制单元。采用这种电容式触摸感应按键，可靠且易用，外观精致，防水防油，可根据外部环境自动调整感应灵敏度，因此该触摸面板即使在有薄雾、湿气、水、冰的环境下仍能正常操作。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本方案中，由于核心控制单元采用了开放式独立体系结构，由嵌入式控制系统和总线主站模块构成，其中的嵌入式控制系统作为控制器与总线主站模块以及外所进行通信和交互，并由嵌入式控制系统进行统一调度，使得数控装置逻辑控制简单清晰，便于统一运算、集中调度，保证数控装置的持久稳定性。

(2)本方案中，由于输入模块利用绝缘覆盖层作为按键的触摸表面，利用蚀刻在PCB表面的覆铜作为传感器垫块，使用控制器中的固件处理原始计算数据并作出逻辑判断，其控制精准，能够承受高强度机械冲击，使得触摸设备强度大为提高。

(3)采用总线控制技术，实现全数字数控系统控制，系统控制精度高、实时性强，同时接线简单、结构紧凑，系统扩展性强，抗干扰能力和可靠性强。

(4)采用LED背光的高亮度工业显示屏，人机交互界面亮度高，色彩柔和、可视角度大、视觉效果好且寿命长。采用触摸式输入面板，可靠易用，操作方便，手感舒适，外观精致，防水防油。

(5)通过本发明，极大的提高了数控系统的可靠性、易用性和操作舒适性，并很大程度的优化了数控装置产品的外观。

附图说明

图1为按照本发明实施例所构建总线控制装置的总体原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

按照本发明实施例所构建的一种带触摸面板的总线式数控装置，包括核心控制单元、人机交互单元和机床操作面板。

核心控制单元采用开放式独立体系结构，由嵌入式控制系统和总线主站模块构成，集成了各种标准外设接口和国内数控行业标准总线主站模块，所有外设信号通过不同的接口及通路直接或间接输入到核心控制单元，由核心控制单元进行统一调度处理。

嵌入式控制系统本实施例中优先采用x86平台的CPU，具体为Intel低功耗的CPU芯片组，配合外围芯片组，相当于一台独立功能的小型工业计算机。它提供标准的USB外设接口、标准Ethernet网络接口、VGA显示接口、CF卡接口，并提供兼容RS232通讯协议的双串行接口。采用低功耗无风扇设计，可靠性高。标准尺寸的独立结构设计给系统的更新换代带来很大的方便。

总线主站模块，遵循的是国内数控行业现场总线NCUC总线协议，总线主站模块与嵌入式控制系统优选通过PCIe接口进行数控交换。总线主站模块将得到的控制数据进行打包封装后，通过外部总线接口1输出到NCUC总线链路上的各个从站，如机床控制面板、伺服驱动单元和PLC单元，同时通过外部总线接口2接收各个从站反馈的状态数据。NCUC总线通信模型参考ISO体系结构，包含物理层、链路层和应用层，应用层为数控系统应用软件，负责计算和处理控制数据，链路层采用可编程逻辑器件FPGA和网络芯片的组合，负责总线通讯数据的打包封装校验等，物理层为IEEE1394-6接口，负责总线通讯数据的传输。

整个控制系统基于NCUC现场总线协议来实现总线式数控系统与各伺服驱动单元、PLC单元之间的所有数据传输的全数字化。NCUC总线系统采用环形接线方式，连线简单方便，扩展性强。系统的抗干扰能力强。

人机交互单元由显示模块和输入模块构成，显示模块为液晶显示屏，完成数控系统界面的显示，输入模块为触摸式面板，完成界面切换和程序输入等功能。

显示模块采用高亮度的工业显示屏，具有高亮度、高对比度、大可视角度、长寿命等特点，其采用LED背光，色彩柔和，发热量小，寿命长。该显示模块用于接收从核心控制单元发出的视频信号。

输入模块为触摸式面板，本实施例中优选赛普拉斯的CapSense控制器作为电容式触摸按键的解决方案，利用绝缘覆盖层作为按键的触摸表面，利用蚀刻在PCB表面的覆铜作为传感器垫块，使用控制器中的固件处理原始计算数据并作出逻辑判断。控制器将按键信息优选通过I2C接口传送给单片机，单片机将其转换成标准的USB键盘信号。该触摸式面板将按键输入信号发送给核心控制单元。采用这种电容式触摸感应按键，可靠且易用，外观精致，防水防油，可根据外部环境自动调整感应灵敏度，因此该触摸面板即使在有薄雾、湿气、水、冰的环境下仍能正常操作。

机床操作面板主要功能是控制数控机床的运行，该机床操作面板内置了总线从站模块，可直接通过总线进行数据交换。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带触摸面板的总线式数控装置，包括：

核心控制单元，其包括嵌入式控制系统和总线主站模块，该总线主站模块与嵌入式控制系统通过PCIe接口连接以进行数据交换，其中所述嵌入式控制系统作为控制器用于接收外设信号并进行调度处理，生成控制数据以输出至外设；所述总线主站模块其作为总线主站用于接收总线链路上的各个从站数据以传送至所述嵌入式控制系统或将所述嵌入式控制系统生成的控制数据打包封装后通过外部总线接口输出到各个从站；

人机交互单元，其与所述嵌入式控制系统连接，其包括显示模块和输入模块构成，其中显示模块用于显示经所述嵌入式控制系统生成的控制数据中需显示的信息，所述输入模块为触摸式面板，其与所述嵌入式控制系统连接，用于接收用户输入的控制参数并传输至所述嵌入式控制系统；以及

机床控制界面，其与伺服驱动单元或PLC单元连接，且其中设置有总线从站模块，以作为总线链路上的从站，以用于通过总线接收总线主站模块发送的控制数据并进而输入到伺服驱动单元或PLC单元，以对数控机床进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种带触摸面板的总线式数控装置，其中，所述嵌入式控制系统具有USB外设接口、标准Ethernet网络接口、VGA显示接口、CF卡接口，并提供兼容RS232通讯协议的双串行接口，以使得外设信号可通过不同的接口及通路直接或间接输入到核心控制单元。

3.根据权利要求1或2所述的一种带触摸面板的总线式数控装置，其中，所述总线主站模块遵循NCUC总线协议。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种带触摸面板的总线式数控装置，其中，所述总线主站模块与嵌入式控制系统通过PCIe接口进行数控交换。